Урок 18. Кислотно-основное титрование

Кислотно-основное титрование. Индикаторы, техника титрования

” data-shape=”round” data-use-links data-color-scheme=”normal” data-direction=”horizontal” data-services=”messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger”>

Кислотно-основное титрование

Основные понятия кислотно-основного титрования
Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Теории индикаторов
Техника титрования

Основные понятия кислотно-основного титрования

Метод кислотно-основное титрование базируется на реакциях взаимодействия между кислотами и основаниями, т. е. на реакции нейтрализации:

Рабочими растворами метода являются растворы сильных кислот (HCl, H2S, НNО3 и др.) или сильных оснований (NaOH, КОН, Ва(ОН)2 и др.). В зависимости от титрованного раствора (титранта) кислотно-основное титрование подразделяют на ацидиметрию, если титрантом является раствор кислоты, и алкалиметрию, если используют в качестве титранта раствор основания.

Согласно правилу эквивалентности титрование необходимо продолжать до тех пор, пока количество прибавленного реагента не станет эквивалентным содержанию определяемого вещества. Наступающий в процессе титрования момент, когда количecтвo вещества в растворе титранта становится строго эквивалентным количеству определяемого вещества согласно уравнению химической реакции, называют точкой эквивалентности.

Точку эквивалентности устанавливают различными способами. В методах ручного анализа преимущественно используют изменение окраски индикатора, добавляемого в титруемый раствор. Момент, при котором происходит наблюдаемое изменение цвета индикатора, называют конечной точкой титрования. Очень часто конечная точка титрования не совсем совпадает с точкой эквивалентности. Как правило, они отличаются друг от друга не более чем на 0,04 мл (2 капли) титранта. Это то количество вещества в растворе титранта, которое необходимо для взаимодейcтвия его с индикатором.

Если для приготовления растворов используют вещества, которые не являются стандартными, то проводят их стандартизацию. Например растворы кислот можно стандартизовать по стандартным веществам — натрия тетраборат Na2B4О7 ∙10Н2О, натрия карбонат Nа2СО3 ·10Н2О или по стандартным растворам NaOH, КОН; а растворы оснований — по щавелевой кислоте Н2С2О4 ∙2Н2О, янтарной кислоте Н2С4Н4О4 или по стандартным растворам HCl, H2SO4 , НNО3 .

Кривые кислотно-основного титрования выражают зависимость изменения рН раствора от объема добавленного титранта (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Кривая кислотно-щелочного титрования

При расчете рН необходимо знать состав титриметрической смеси. Для упрощения вычислений (что не приводит к заметным ошибкам) не учитывают разбавление раствора в процессе титрования и используют понятие «концентрация», а не «активность». Кривые титрования представляют в виде графика зависимости рН от объема добавленного титранта или объема избытка определяемого вещества и избытка титранта.

В начале титрования рН изменяется очень медленно. Кривая (см. рис. 3.4) показывает, в частности, что если оттитровать половину имеющегося количества кислоты (50 мл), рН раствора изменится незначительно по сравнению с исходным, если оттитровать 90 % (90 мл), то и тогда уменьшение рН составит лишь одну единицу. С уменьшением концентрации оставшейся кислоты изменение рН при титровании становится более резким. Оттитровывание кислоты от 90 до 99 % вызывает изменение рН на три единицы. Также на единицу возрастает рН при оттитровывании от 99 до 99,9 %, т. е. на 0,9 %. Титрование остатка кислоты (0,1%) приводит к изменению рН на целых 3 единицы. Введение избытка в 0,1 % NaOH по сравнению с эквивалентным количеством вызывает изменение рН также на 3 единицы, и рН раствора становится равным 13,0.

Кривая титрования сильного основания сильной кислотой представляет собой зеркальное отображение кривой титрования сильной кислоты сильным основанием. При титровании сильной кислотой сильного основания и наоборот до точки эквивалентности рН раствора определяется концентрацией неоттитрованной щелочи или кислоты, а после точки эквивалентности — концентрацией добавленной кислоты или щелочи. В точке эквивалентности раствор нейтрален.

Читайте также:
Урок 13. Составление химических уравнений

Скачок титрования — это резкое изменение рН в области точки эквивалентности. Факторы, влияющие на величину и положение скачка титрования (на величину скачка титрования влияют все факторы, от которых зависят значения рН):

  • ● константа диссоциации титруемого вещества;
  • ● концентрация титруемого вещества;
  • ● концентрация титранта;
  • ● температура;
  • ● ионная сила.

Чем меньше концентрация титруемого вещества и титранта, тем меньше скачок. Практически невозможно оттитровать сильные протолиты концентрацией 10 –4 М, а слабые — концентрацией 10 –2 М. При изменении температуры сильно изменяется константа автопротолиза воды, входящая во многие формулы расчета рН. В результате при увеличении температуры скачок уменьшается и смещается в более кислую область. Ионная сила влияет незначительно.

В рассматриваемом случае расчет рН проводят по следующим формулам:

● Для сильной кислоты, например HCl, рН определяется концентрацией ионов водорода: [H+] = M кислоты.

● Для сильного основания, например КОН [H+] = 10 –14 / Mщелочи. Часто проводят титрование с использованием слабых электролитов.

При титровании слабой кислоты сильным основанием чем слабее кислота, тем больше значение рН в начале титрования. Следовательно, ветвь кривой титрования (рис. 3.5) до точки эквивалентности смещается в щелочную область. После достижения точки эквивалентности образуется сильное основание, следовательно, значение рН резко смещается в щелочную область. При дальнейшем титровании кривая изменяется незначительно.

В ходе титрования раствора уксусной кислоты сильным основанием значение pH все время остается выше, чем при тех же концентрациях соляной кислоты. В результате этого скачок на кривой начинается с более высокого значения рН. Заканчивается он, как и в первом случае, при рН = 10, так как титрование производят тем же раствором 0,1 моль/л NaOH.

Рис. 3.5. Ход титрования слабой кислоты сильным основанием

При титровании слабой кислоты сильным основанием pH раствора кислоты вычисляют с учетом ее константы диссоциации:

Интервал скачка рН на кривой титрования 0,1 мольл уксусной кислоты раствором 0,1 мольл NaOH значительно уже предыдущего случая. Он простирается от рН = 7,8 до рН = 10.

При титровании слабого основания сильной кислотой интервал скачка уменьшается в щелочной области рН. Рассчитывается рН в этом случае следующим образом:

При титрование слабой кислоты слабым основанием (или наоборот) сужение интервала скачка рН происходит и в кислотной, и в щелочной областях рН. Вследствие этого интервал скачка рН на кривой вовсе исчезает. Пример — нейтрализация раствора 0,1 моль/л СН3СООН раствором 0,1 моль/л NН4ОН. Кривая титрования не имеет скачка рН. Поэтому нельзя ожидать и резкого изменения окраски индикаторов. Титрование слабой кислоты слабым основанием вообще невозможно.

Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Теории индикаторов

Индикаторы — вещества, которые резко реагируют на изменение концентрации определяемого компонента или титранта вблизи точки эквивалентности. В методах кислотно-основного титрования для определения конечной точки титрования используют кислотноосновные индикаторы (табл. 3.1). Это органические вещества, способные видимо и обратимо изменять свою окраску в растворе при изменении рН среды.

Кислотно-основные индикаторы изменяют свою окраску в области интервала перехода независимо от того, достигнута ли точка эквивалентности. Правильно выбранный индикатор изменяет окраску в области скачка титрования. У неправильно выбранного индикатора изменение окраски может происходить задолго до наступления точки эквивалентности или после нее.

Читайте также:
Урок 23. Закон Авогадро

Таблица 3.1 Характеристики кислотно-основных индикаторов

Выбирают индикатор с помощью кривой титрования. Для этого на график наносят интервал перехода индикатора. У правильно выбранного индикатора интервал перехода полностью или частично перекрывается скачком титрования. Если такого перекрывания нет, то индикатор для данного титрования не подходит. Значение рН, при котором заканчивается титрование с данным индикатором, называют показателем титрования и обозначают рТ. Показатель титрования находится обычно в середине интервала перехода индикатора. Существуют различные теории индикаторов, каждая из которых по-своему объясняет поведение кислотно-основных индикаторов в кислых и щелочных средах.

Ионная теория индикаторов. В связи с тем, что кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые кислоты или слабые основания, любой индикатор диссоциирует в растворе согласно уравнению:

HInd = Н+ + Ind — (бесцветный — малиновый).

Окраска раствора, в котором индикатор находится в молекулярной форме (HInd), отличается от окраски раствора, в котором индикатор находится в ионной форме (Ind − ). Молекулы фенолфталеина HInd бесцветны, а его анионы Ind − окрашены в малиновый цвет. Достаточно к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить 1−2 капли щелочи, как введенные ОН – ионы станут связывать катионы Н+ с образованием слабого электролита — молекул воды. При этом равновесие диссоциации индикатора сместится вправо, и накопление анионов Ind − вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет. То есть переход одной окраски, присущей молекулярной форме кислотно-основного индикатора, в другую, свойственную его ионной форме, происходит под влиянием Н+ или ОН − -ионов, т. е. зависит от рН раствора.

Хромофорная теория индикаторов. Поведение индикаторов, объясняемое ионной теорией индикаторов, дополняется хромофорной теорией, согласно которой изменение окраски индикаторов связано с изменением структуры их молекул, внутримолекулярной перегруппировкой, вызываемой действием Н+ или ОН − -ионов. По хромофорной теории в процессе изменения рН раствора меняется строение молекул кислотно-основных индикаторов. Это явление обусловливается бензоидно-хиноидной таутомерией. При изменении рН среды раствора или при диссоциации хромофоры могут перегруппировываться. Перемена окраски у индикаторов является результатом изменений в их внутреннем строении. У одноцветных индикаторов окраска изменяется в связи с появлением или исчезновением хромофоров. У двухцветных индикаторов эти изменения обусловлены превращением одних хромофоров в другие. Типичным одноцветным индикатором является фенолфталеин. При рН –4 , у лакмуса Кд = 10 –8 , а у фенолфталеина Кд = 10 –9 . Следовательно, фенолфталеин является наиболее слабой органической кислотой из этих индикаторов.

Изменение окраски индикаторов происходит при прибавлении к любому раствору любой кислоты или щелочи влечет за собой изменение концентрации ионов Н+ в нем, а следовательно, и величины рН. Перемена окраски у индикаторов также связана с изменением рН раствора. Однако каждый индикатор изменяет окраску только в определенном, характерном для него интервале значений рН. Объясняется это тем, что окраска индикатора зависит от соотношения концентраций его диссоциированной и недиссоциированной форм, т. е.

При рН = 7, [Н+] = 1 –7 , а [HInd] / [Ind−] = 10 –7 / 10 –9 , т. е. при рН = 7 на каждые 100 бесцветных молекул фенолфталеина приходится лишь один окрашенный ион, следовательно, раствор бесцветный.

Если к раствору фенолфталеина прибавить щелочь и довести рН раствора до 8, то соотношение [HInd] / [Ind−] = 10 –8 /10 –9 уменьшится в 10 раз и раствор станет бледно-розовым. При рН = 9 соотношение [HInd] / [Ind−] = 10 –9 /10 –9 = 1,0, т. е. в растворе присутствуют равные количества бесцветных молекул индикатора и окрашенных в красный цвет ионов, при этом раствор приобретает розовую окраску. Следовательно, цвет водного раствора индикатора определяется соотношением концентрации его молекулярной и ионной форм, отличающихся различной окраской, и зависит от [Н+].

Читайте также:
Урок 1. Схема строения атомов

Техника титрования

Правильное определение точки эквивалентности при титровании зависит не только от выбора индикатора, но и от порядка титрования. По методу нейтрализации титруют растворы кислот растворами оснований или наоборот. Этот порядок следует учитывать при выборе индикатора. Например, если титруют кислоту основанием и в качестве индикатора используют метиловый оранжевый (или метиловый красный), то розовая окраска индикатора от избыточной капли щелочи должна перейти в желтую.

Такое изменение окраски гораздо хуже улавливается глазом, чем переход ее из желтой в розовую. Поэтому с метиловым оранжевым (или метиловым красным) рекомендуют титровать растворы оснований растворами кислот. С фенолфталeином удобнее титровать растворы кислот растворами оснований, так как при этом бесцветный раствор становится малиновым.

Следует заметить, что при использовании индикаторов для фиксирования конечной точки титрования возможно появление индикаторной ошибки. Она образуется в случае несовпадения рН раствора в точке эквивалентности и рТ индикатора. Если такое несовпадение имеет место, то раствор обычно либо несколько перетитровывают, либо, наоборот, недотитровывают. Для уменьшения индикаторной ошибки титрование проводят с так называемым свидетелем. В запасную коническую колбу (или стакан) наливают дистиллированную воду в количестве, приблизительно равном объему жидкости, получающейся в конце титрования. Прибавляют к воде столько же капель индикатора, например метилового оранжевого, сколько и к титруемому раствору, и приливают из бюретки 1−2 капли кислоты, вызывающей слабое порозовение раствора. Приготовленный таким образом свидетель используют в качестве образца при титровании, добиваясь, чтобы окраска анализируемого раствора и свидетель была одинакова. С помощью свидетель вводят также поправку в результаты титрования на прибавленный избыток кислоты, т. е. из затраченного ее объема вычитают объем двух капель (0,04 мл), использованных на окрашивание индикатора в свидетель.

Правильное определение точки эквивалентности зависит от количества прибавленного индикатора. Иногда стараются прилить побольше индикатора, полагая, что большая интенсивность окраски раствора облегчит определение точки эквивалентности. Но чем больше прибавлено индикатора, тем труднее заметить изменение окраски, так как оно будет происходить медленнее. Для установления конечной точки титрования имеет значение не столько яркость окраски раствора, сколько четкость ее изменения. Опытным путем найдено, что на 10–15 мл анализируемого раствора следует брать одну каплю раствора индикатора, а на 25 мл — не более двух капель.

Таким образом, результат объемного определения зависит не только от выбора индикатора, но также от его взятого количества и от принятого порядка титрования.

Лекция № 14 Методы кислотно – основного титрования (нейтрализации)

Методы кислотно – основного титрования (нейтрализации)

1) Сущьность метода.

2) Индикаторы метода кислотно-основного титрования.

3) Кривые титрования.

4) Расчеты при титровании.

В основе метода кислотно-основного титрования положена реакция взаимодействия ионов водорода или гидроксония с гидроксид-ионами, сопровождаются образованием слабодисоциируемых молекул воды (растворителя).

H++ OH-→ H2O H3O+ + OH-→ 2H2O

Этот метод применяется для количественного определения кислот (H2 SO4 , HNO3 , HCl, H3 PO4 , CH3 COOH, H2C2O4 ) гидроксидов (KOH, NaOH, Ba(OH)2 ) солей, способных гидролизироваться в водных растворах (Na2 CO3 , K2CO3), а также их смесей (смесь NH4Cl, и NaOH).

Читайте также:
Урок 21. Теплота образования

Кислотно-основное титрования имеет два основных метода: ацидиметрия – определение оснований и алкалиметрия – определение кислот. В качестве рабочих растворов используют чаще всего растворы кислот – HCl и H2 SO4, растворы KOH, NaOH. Поскольку эти кислоты и гидроксиды не могут быть использованы как исходные в-ва для приготовления титрованных растворов, то сначала готовят растворы примерной концентрации, а точный титр и нормальность (м. к.э.) их устанавливают по исходным веществам. чаще всего применяют 0,1 – 0,5 н р-ры.

В качестве исходных в-ва для установления титра растворов кислот используют чаще тетраборат натрия Na2B4O4 и Na2CO3 а для установления титра р-ров щелочей – щавеливую кислоту H2C2O4 * 2H2O или янтарную H2C4H4O4 . Все эти в-ва весьма удобны для работы и дают хорошие результаты при титровании. Для выяснения сущьности процессов происходит при кислотно-основном титровании, изучим реакцию среды в эквивалентном точке при различных случаях титрования. При данном методе точка эквивалентности может лежать в нейтральной (pH =7) щелочной (pH > 7) и кислой среде (pH 7

В р-ре избыток OH-. Следовательно при титровании слабых кислот сильными основаниями точка эквивалентности не совпадает с точкой нейтральности и будет находиться в щелочной среде.

3) Титрование слабого основания сильной кислотой.

NH4OH + HCl → NH4Cl + H2O

NH4OH + H+ → NH4+ + H2O

NH4Cl + HOH → NH4OH + HCl

NH4+ + HOH → NH4OH + H+ pH 10-9 (pH 10-9 (pH>9) ионизируемой форме малиново-красного цвета (образование коллоидной формы). Изменения цвета индикатора происходит не сразу, скачком, а в некотором интервале с изменением pH, который называют интервалом перехода индикатора. Каждый индикатор имеет свой интервал перехода, который зависит от особенности структуры индикатора. Кроме интервала перехода индикаторы характеризуются показателем титрования pT, который равен pH середины перехода, когда 50% молекул индикатора перешло из одной формы в другую и концентрации обеих форм уравнялись:[Ind-]=[HInd]. В этом случае константа равновесия системы HInd/ Ind – также равна pH среды

pK= pH +lg [HInd] /[Ind-] =pH +lg1 =pH ; pK =pK1=pT

Например м/о изменяет окраску от красной до желтой в интервале pH 3,1-4,4 и имеет показатель титрования pT =4,0 т. к. при pH=4 половина его молекул находиться в не ионизируемой, половина в ионизируемой форме.

Задача 1. Вычислить для 0,1135 н HCl титрования раствора и титрования его по CaO.

THCl/CaO -? THCl = CHCl * MЭHCl /1000 = 0,1135*36,5/1000= 0,004138 г/мл

Титр по определяемому в-ву можно вычеслить по формуле:

THCl/CaO = CHCl * MЭCaO /1000 = 0,1135*28,0397/1000= 0,003182 г/мл

Задача 2. Чему равен титр р-ра H2SO4 если для получения 3л этого р-ра взято 25мл H2SO4 ρ=1,515 (61,54%)

V( H2SO4)=3л m(H2SO4)=V* ρ* ω=25*1,515*0,6154=23,3 г

ω(H2SO4)=61,54% T (H2SO4 )= m/V=23,3/3000=0,007769 г/мл

Задача 3. Какому объему точно 0,1 н. р-ра HCl соответствует 21мл 0,1н р-ра. NaOH Поправочный коэффициент равен отношению практически взятой навески и теоретически вычисляемой. K=0,950

Cэ1 =0,1 моль/л Cэ = K Cэ1 =0,95*0,1=0,095 моль/л

V2 =21 мл C1 /C2 =V1 /V2 V1= C1 *C2/V2 =0,095 *21/0,1= 18,95мл (HCl)

Кислотно-основные титрования

Кислотно-основное титрование – это экспериментальная методика определения концентрации кислоты либо основания, используемая преимущественно в количественном химическом анализе. Обычно кислоту с известной концентрацией постепенно добавляют из бюретки в щелочной раствор неизвестной концентрации, находящийся в конической колбе. Точка эквивалентности титрования достигается в тот момент, когда к основанию добавлено точно стехиометрическое количество кислоты. В этой точке вся щелочь нейтрализована, и в растворе нет ни избытка кислоты, ни избытка основания. Раствор состоит только из соли и воды. Например, при добавлении соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3 к 25 см3 раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3 точка эквивалентности титрования достигается в тот момент, когда в раствор добавлено точно 25,0 см3 соляной кислоты. Это следует из стехиометрическо-го уравнения

Читайте также:
Урок 19. Изменение энтальпии

HCl (водн.) + NaOH (водн.) = NaCl (водн.) + H2O (ж.)

При проведении кислотно-основных титрований для определения точки эквивалентности часто пользуются индикаторами. Однако точку эквивалентности можно определять также потенциометрически с помощью рН-метра или кондуктометрическими методами (см. гл. 10).

Допустим теперь, что титрование осуществляется путем добавления основания к кислоте. Если построить график изменения рН раствора по мере возрастания объема добавляемого основания, то в зависимости от того, сильными или слабыми являются кислота и основание, будут получаться кривые четырех типов. Эти четыре типа кривых титрования показаны на рис. 8.2. Следует обратить внимание, что достижение точки эквивалентности характеризуется резким возрастанием рН. Исключением в этом отношении является только титрование слабой кислоты слабым основанием. Если для определения точки эквивалентности кислотно-основного титрования приходится пользоваться индикатором, то его следует подобрать так, чтобы диапазон рН, в котором происходит изменение окраски, приходился на вертикальную часть кривой титрования. Это обеспечивает резкое изменение окраски индикатора в момент достижения точки эквивалентности титрования.

Титрование сильной кислоты сильным основанием. Например, H2SO4(водн.) + 2NaOH (водн.) = Na2SO4 (водн.) + 2H2O (ж.). Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область изменений рН от 4 до 10. Следовательно, в точке эквивалентности титрования добавление к кислоте еще одной капли основания вызывает возрастание рН сразу на 6 единиц. Значит, для такого титрования можно воспользоваться индикаторами, имеющими диапазон изменения окраски между значениями рН 4 и 10. Примерами таких индикаторов являются краситель метиловый красный и фенолфталеин. Отметим, что если в качестве индикатора титрования сильной кислоты сильным основанием использовать метиловый оранжевый, то изменение окраски оказывается ие столь резким.

Титрование сильной кислоты слабым основанием.

Например, HCl (водн.) + NH4OH(водн.) -> NH4Cl (водн.) + H2O (ж.)

Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область изменений рН от 4 до 8. Удобными индикаторами для него являются метиловый красный либо бромтимоловый синий, но не фенолфталеин, поскольку его диапазон изменения окраски приходится на пологую часть кривой титрования.

Титрование слабой кислоты сильным основанием. Например, CH3COOH(водн.) + NaOH(водн) -> CH3COONa(водн.) + H2O(ж.)

Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область значений рН от 6,5 до 11. Следовательно, удобными индикаторами для него оказываются феноловый красный либо фенолфталеин. Индикаторы с диапазоном изменения окраски, расположенным ниже рН 6, как у метилового оранжевого, не подходят для такого титрования,

Рис. 8.2. Кривые титрований 25,00 см3 кислоты с концентрацией 0,10 моль/дм3 основанием с концентрацией 0,10 моль/дм3: а-титрование сильной кислоты сильным основанием; б -титрование сильной кислоты слабым основанием; в -титрование слабой кислоты сильным основанием; г -титрование слабой кислоты слабым основанием, !-фенолфталеин, II-метилоранж.

поскольку их диапазон изменения окраски приходится на пологую часть кривой титрования и, следовательно, не позволяет точно обнаружить точку эквивалентности.

Читайте также:
Урок 17. Реакция нейтрализации

Титрование слабой кислоты слабым основанием.

Например, CH3COOH (водн.) + NH4OH (водн.) -> CH3COONH4(водн.) + H2O (ж.)

Титрование этого типа характеризуется отсутствием резкого изменения рН в момент достижения точки эквивалентности. Изменения рН происходят плавно во всей области принимаемых значений. Поэтому для титрований такого типа невозможно подобрать индикатор.

Кислотно-основные титрования

Кислотно-основное титрование – это экспериментальная методика определения концентрации кислоты либо основания, используемая преимущественно в количественном химическом анализе. Обычно кислоту с известной концентрацией постепенно добавляют из бюретки в щелочной раствор неизвестной концентрации, находящийся в конической колбе. Точка эквивалентности титрования достигается в тот момент, когда к основанию добавлено точно стехиометрическое количество кислоты. В этой точке вся щелочь нейтрализована, и в растворе нет ни избытка кислоты, ни избытка основания. Раствор состоит только из соли и воды. Например, при добавлении соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3 к 25 см3 раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/дм3 точка эквивалентности титрования достигается в тот момент, когда в раствор добавлено точно 25,0 см3 соляной кислоты. Это следует из стехиометрическо-го уравнения

HCl (водн.) + NaOH (водн.) = NaCl (водн.) + H2O (ж.)

При проведении кислотно-основных титрований для определения точки эквивалентности часто пользуются индикаторами. Однако точку эквивалентности можно определять также потенциометрически с помощью рН-метра или кондуктометрическими методами (см. гл. 10).

Допустим теперь, что титрование осуществляется путем добавления основания к кислоте. Если построить график изменения рН раствора по мере возрастания объема добавляемого основания, то в зависимости от того, сильными или слабыми являются кислота и основание, будут получаться кривые четырех типов. Эти четыре типа кривых титрования показаны на рис. 8.2. Следует обратить внимание, что достижение точки эквивалентности характеризуется резким возрастанием рН. Исключением в этом отношении является только титрование слабой кислоты слабым основанием. Если для определения точки эквивалентности кислотно-основного титрования приходится пользоваться индикатором, то его следует подобрать так, чтобы диапазон рН, в котором происходит изменение окраски, приходился на вертикальную часть кривой титрования. Это обеспечивает резкое изменение окраски индикатора в момент достижения точки эквивалентности титрования.

Титрование сильной кислоты сильным основанием. Например, H2SO4(водн.) + 2NaOH (водн.) = Na2SO4 (водн.) + 2H2O (ж.). Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область изменений рН от 4 до 10. Следовательно, в точке эквивалентности титрования добавление к кислоте еще одной капли основания вызывает возрастание рН сразу на 6 единиц. Значит, для такого титрования можно воспользоваться индикаторами, имеющими диапазон изменения окраски между значениями рН 4 и 10. Примерами таких индикаторов являются краситель метиловый красный и фенолфталеин. Отметим, что если в качестве индикатора титрования сильной кислоты сильным основанием использовать метиловый оранжевый, то изменение окраски оказывается ие столь резким.

Титрование сильной кислоты слабым основанием.

Например, HCl (водн.) + NH4OH(водн.) -> NH4Cl (водн.) + H2O (ж.)

Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область изменений рН от 4 до 8. Удобными индикаторами для него являются метиловый красный либо бромтимоловый синий, но не фенолфталеин, поскольку его диапазон изменения окраски приходится на пологую часть кривой титрования.

Титрование слабой кислоты сильным основанием. Например, CH3COOH(водн.) + NaOH(водн) -> CH3COONa(водн.) + H2O(ж.)

Вертикальная часть кривой этого титрования приходится на область значений рН от 6,5 до 11. Следовательно, удобными индикаторами для него оказываются феноловый красный либо фенолфталеин. Индикаторы с диапазоном изменения окраски, расположенным ниже рН 6, как у метилового оранжевого, не подходят для такого титрования,

Читайте также:
Урок 11. Формулировка закона сохранения массы и энергии

Рис. 8.2. Кривые титрований 25,00 см3 кислоты с концентрацией 0,10 моль/дм3 основанием с концентрацией 0,10 моль/дм3: а-титрование сильной кислоты сильным основанием; б -титрование сильной кислоты слабым основанием; в -титрование слабой кислоты сильным основанием; г -титрование слабой кислоты слабым основанием, !-фенолфталеин, II-метилоранж.

поскольку их диапазон изменения окраски приходится на пологую часть кривой титрования и, следовательно, не позволяет точно обнаружить точку эквивалентности.

Титрование слабой кислоты слабым основанием.

Например, CH3COOH (водн.) + NH4OH (водн.) -> CH3COONH4(водн.) + H2O (ж.)

Титрование этого типа характеризуется отсутствием резкого изменения рН в момент достижения точки эквивалентности. Изменения рН происходят плавно во всей области принимаемых значений. Поэтому для титрований такого типа невозможно подобрать индикатор.

Урок 18. Кислотно-основное титрование

Задача 1 . Чему равна молярная масса эквивалента серной кислоты при титровании раствором KOH ?

При титровании H 2 SO 4 раствором KOH протекает реакция

Разделим левую и правую части уравнения на 2

Становится очевидным, что f э ( H 2 SO 4 )= 1 /2. Тогда молярная масса эквивалента серной кислоты равна

Ответ: 49,035 г/моль.

Задача 2 . Навеску H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O массой 0,6000 г растворили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование аликвоты 20,00 мл полученного раствора израсходовано 18,34 мл NaOH . Определить молярную концентрацию раствора NaOH , его титр и условный титр этого раствора по H 2 C 2 O 4 .

В соответствии с принципом эквивалентности число молей эквивалента титранта равно числу молей эквивалента определяемого вещества

где n ( NaOH ) – число молей эквивалента щелочи, затраченное на титрование аликвоты раствора щавелевой кислоты.

Запишем уравнение реакции, протекающей при титровании

Каждая молекула щавелевой кислоты содержит 2 иона водорода, поэтому f э ( H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O )= 1 /2. Из условия задачи следует, что

,

где V к – объем мерной колбы, в которой растворена навеска щавелевой кислоты; V а – объем аликвоты полученного раствора, отобранного пипеткой на титрование.

Если обозначить молярную концентрацию раствора гидроксида натрия C ( NaOH ), то количество вещества эквивалента NaOH можно выразить как

Объединяя полученные выражения, получаем

Титр T ( NaOH ) и титр по щавелевой кислоте T ( NaOH / H 2 C 2 O 4 ) в г/мл можно рассчитать по формулам

;

,

где M ( NaOH ) и M ( 1 /2 H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O ) – молярные массы эквивалента NaOH и щавелевой кислоты соответственно.

;

.

Ответ: 0,1038 моль/л; 0,004152 г/мл; 0,004673 г/мл.

Задача 3 . На реакцию смеси, состоящей из карбонатов натрия и калия, массой 0,4000 г израсходовали 22,00 мл 0,3000 М раствора HCl . Вычислить массовую долю (%) карбоната натрия и карбоната калия в смеси.

одному молю ионов водорода соответствует условная частица ½ Na 2 CO 3 , следовательно f э ( Na 2 CO 3 )= 1 /2.

где – число молей HCl в растворе, пошедшем на титрование.

Если через ω обозначить массовую долю (%) Na 2 CO 3 в смеси, то число молей эквивалентов K 2 CO 3 и Na 2 CO 3 , содержащееся в навеске, равно:

Сочетание этих соотношений дает

Подставляя числовые значения, получим

,

Ответ: 46,12%; 53,88%.

Задача 4 . На титрование с фенолфталеином навески массой 0,4478 г, состоящей из Na 2 CO 3 , NaHCO 3 и NaCl , потребовалось 18,80 мл 0,1998 М раствора HCl . При титровании с метиловым оранжевым на ту же массу израсходовали 40,00 мл раствора кислоты. Вычислить массовую долю (%) Na 2 CO 3 и NaHCO 3 в смеси.

При титровании смеси с фенолфталеином протекает реакция

а в присутствии метилового оранжевого

Читайте также:
Урок 9. Ионы в водном растворе

Следовательно, при титровании смеси в присутствии фенолфталеина с раствором соляной кислоты взаимодействует только Na 2 CO 3 , и его массовую долю в анализируемой смеси легко определить по формуле

При подстановке численных значений получим

Из приведенных реакций следует, что объем раствора HCl , затраченный на титрование гидрокарбоната натрия, составляет V ( HCl ) м.о. – 2 V ( HCl ) ф-ф .

Подставляя численные значения, получим

Задача 5 . Для определения содержания формальдегида в пестициде навеску препарата массой 3,017 г обработали 50,00 мл 1,0 М раствора NaOH (К=0,9022) в присутствии пероксида водорода. При нагревании произошла реакция

HCHO + OH – + H 2 O 2 → HCOO – +2 H 2 O

После охлаждения избыток щелочи оттитровали 20,12 мл раствора HCl с T ( HCl )=0,03798. Вычислить массовую долю (%) формальдегида в препарате пестицида.

В соответствии с принципом, лежащим в основе обратного титрования, количество молей эквивалента определяемого вещества равно разности между количеством молей эквивалента вещества в основном и вспомогательном рабочих растворах

n (HCHO) = n(NaOH) – n(HCl)

Согласно условию задачи, выражаем число молей реагирующих веществ

;

;

.

Составим расчетное уравнение

Подставляя числовые значения, получаем

,

Кислотно-основное титрование

Титратор для кислотно-основного титрования. GT-200

Автоматизация методик анализа повышает точность измерения, повторяемость и воспроизводимость результатов. Настроив нужный метод один раз, можно не беспокоиться о влиянии человеческого фактора на результат измерения. Это особенно полезно для предприятий, практикующих вахтовый метод, когда доступ к одной установке имеют несколько сотрудников.

Стандартный комплект для потенциометрического титрования на базе прибора GT-200 (совместная разработка “Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.” и “Nittoseiko Analytech”, Япония) включает:

базовый блок для титрования (автоматический титратор);

бюретку, с помощью которой контролируется объем подаваемого раствора;

магнитную мешалку с контролем перемешивания;

систему электродов для кислотно-основного титрования.

Подходящие электроды для потенциометрического титратора GT-200

Выбор электродов зависит от растворимости аналита в воде.

Для водного титрования рекомендован комплект, состоящий из раздельной пары электродов.

измерительный стеклянный pH-электрод GTPH1B;

электрод сравнения для водных сред GTRE10B.

Эта же система электродов, помещенная в общий корпус, называется комбинированным электродом. Компания «Mitsubishi Chemical Analytech» предлагает два варианта исполнения комбинированных электродов для титрования водных сред:

с узким носиком для небольших емкостей GTPC1C.

Кислотно-основное титрование неводных сред особенно удобно выполнять на автоматическом приборе, поскольку это избавляет лаборанта от контакта с уксусной кислотой, используемой для анализа.

Система для неводного титрования включает:

• измерительный стеклянный pH-электрод GTPH1B;

• электрод сравнения для водных и неводных сред GTRS10B.

Именно такой комплект описан в ГОСТ 11362-96 (определение числа нейтрализации в маслах и нефтепродуктах).

Дополнительно прибор можно оснастить весами с автоматической передачей веса образца в прибор, автоподатчиком GT-200SC на 12/24 образца, принтером и дополнительными разъемами для подключения датчиков другого типа.

Сущность кислотно-основного титрования

Кислотно-основное титрование – это метод объемного титриметрического анализа, основанный на реакции нейтрализации, позволяющий определять концентрации кислот или оснований в водных и неводных средах.

Суть кислотно-основного титрования сводится к передаче протона либо от титранта к аналиту, либо, наоборот, от аналита к титранту. В процессе анализа необходимо точно определить, когда количество добавленного компонента будет ЭКВИВАЛЕНТНО количеству измеряемого компонента. Этот момент называют ТОЧКОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (ТЭ). В случае КО титрования точка эквивалентности будет достигаться при строго определенном значении pH, поэтому для ее определения используют индикаторы. По мере добавления кислоты/основания, сразу после прохождения ТЭ, в растворе будут появляться/исчезать свободные протоны и индикатор поменяет окрас раствора. Также изменение pH среды можно отслеживать потенциометрически. В этом случае регистрируют скачок потенциала при достижении ТЭ.

Читайте также:
Урок 2. Изотопы элементов

При определении содержания кислот в качестве титранта используют растворы KOH, NaOH или Ba(OH)2 известной концентрации. Определение концентрации оснований проводится растворами сильных кислот: HCl или H2SO4.

Перед началом анализа необходимо определить точную концентрацию титранта.

Стандартизацию кислот выполняют с помощью соды (Na2CO3) или буры (Na2B4O7*10H2O).

Щелочи стандартизируют гидрофталатом калия.

Другой способ приготовления титранта с точно известной концентрацией – использовать фиксанал.

При работе с щелочами нельзя допускать их контакта с воздухом, поскольку содержащаяся в нем углекислота легко поглощается титрантом, из-за чего меняется его концентрация. Хранить щелочи в стекле долгое время тоже нельзя, поскольку они с ним взаимодействуют.

Кривые кислотно-основного титрования

Кривая КО титрования строится в координатах: pH раствора – объем добавленного титранта.

На кривой обычно видны две точки перегиба (ТП), между которыми находится точка эквивалентности.

Расстояние ΔpH между точками перегиба называется скачком титрования. Его величина зависит от концентраций реагентов. Чем выше концентрация титранта, тем больше скачок, вызванный сменой кислотности раствора в районе ТЭ. Этот скачок вызывает резкую смену окраса индикатора.

Вид кривых кислотно-основного титрования будет зависеть от природы реагирующей пары: кислота-основание.

Можно рассмотреть следующую классификацию кривых титрования:

сильная кислота – сильное основание

слабая кислота – сильное основание

сильная кислота – слабое основание

слабая кислота – слабое основание

Все они будут отличаться величиной скачка титрования и областью расположения точки эквивалентности.

При титровании многоосновных кислот их диссоциация происходит ступенчато, поэтому на кривой титрования будет несколько точек перегиба. ТП могут попадать в разные диапазоны pH, в таких случаях для их идентификации требуются индикаторы с различным рабочим интервалом.

Смеси кислот (оснований) будут охарактеризованы еще более сложными кривыми. На них возможны наложения точек перегиба, что затрудняет точную идентификацию ТЭ ручным способом анализа.

Индикаторы для кислотно-основного титрования

Все индикаторы работают в определенном интервале pH, который должен попадать, хотя бы частично, в диапазон скачка титрования.

Например, фенолфталеин меняет окрас в диапазоне pH=8-10, в то время как смена цвета метил оранжевого происходит при pH=4-6. Это значит, что индикаторы реагируют не на достижение точки эквивалентности, а именно на pH-раствора – и это нужно учитывать при подборе индикатора.

Именно поэтому электрохимические методы анализа являются более универсальными. Потенциометрический титратор построит полную кривую титрования и автоматически рассчитает точку эквивалентности по скачку потенциала.

Применение кислотно-основного титрования

Потенциометрический метод кислотно-основного титрования получил широкое распространение для определения кислотных и щелочных чисел в нефтепродуктах. В Фармакопее также представлены методы неводного КО титрования. В химической промышленности для контроля концентраций кислот и щелочей применяется анализ в водных средах.

Урок 18. Кислотно-основное титрование

Задача 1 . Чему равна молярная масса эквивалента серной кислоты при титровании раствором KOH ?

При титровании H 2 SO 4 раствором KOH протекает реакция

Разделим левую и правую части уравнения на 2

Становится очевидным, что f э ( H 2 SO 4 )= 1 /2. Тогда молярная масса эквивалента серной кислоты равна

Ответ: 49,035 г/моль.

Задача 2 . Навеску H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O массой 0,6000 г растворили в мерной колбе вместимостью 100,0 мл. На титрование аликвоты 20,00 мл полученного раствора израсходовано 18,34 мл NaOH . Определить молярную концентрацию раствора NaOH , его титр и условный титр этого раствора по H 2 C 2 O 4 .

Читайте также:
Урок 22. Закон сохранения

В соответствии с принципом эквивалентности число молей эквивалента титранта равно числу молей эквивалента определяемого вещества

где n ( NaOH ) – число молей эквивалента щелочи, затраченное на титрование аликвоты раствора щавелевой кислоты.

Запишем уравнение реакции, протекающей при титровании

Каждая молекула щавелевой кислоты содержит 2 иона водорода, поэтому f э ( H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O )= 1 /2. Из условия задачи следует, что

,

где V к – объем мерной колбы, в которой растворена навеска щавелевой кислоты; V а – объем аликвоты полученного раствора, отобранного пипеткой на титрование.

Если обозначить молярную концентрацию раствора гидроксида натрия C ( NaOH ), то количество вещества эквивалента NaOH можно выразить как

Объединяя полученные выражения, получаем

Титр T ( NaOH ) и титр по щавелевой кислоте T ( NaOH / H 2 C 2 O 4 ) в г/мл можно рассчитать по формулам

;

,

где M ( NaOH ) и M ( 1 /2 H 2 C 2 O 4 × 2 H 2 O ) – молярные массы эквивалента NaOH и щавелевой кислоты соответственно.

;

.

Ответ: 0,1038 моль/л; 0,004152 г/мл; 0,004673 г/мл.

Задача 3 . На реакцию смеси, состоящей из карбонатов натрия и калия, массой 0,4000 г израсходовали 22,00 мл 0,3000 М раствора HCl . Вычислить массовую долю (%) карбоната натрия и карбоната калия в смеси.

одному молю ионов водорода соответствует условная частица ½ Na 2 CO 3 , следовательно f э ( Na 2 CO 3 )= 1 /2.

где – число молей HCl в растворе, пошедшем на титрование.

Если через ω обозначить массовую долю (%) Na 2 CO 3 в смеси, то число молей эквивалентов K 2 CO 3 и Na 2 CO 3 , содержащееся в навеске, равно:

Сочетание этих соотношений дает

Подставляя числовые значения, получим

,

Ответ: 46,12%; 53,88%.

Задача 4 . На титрование с фенолфталеином навески массой 0,4478 г, состоящей из Na 2 CO 3 , NaHCO 3 и NaCl , потребовалось 18,80 мл 0,1998 М раствора HCl . При титровании с метиловым оранжевым на ту же массу израсходовали 40,00 мл раствора кислоты. Вычислить массовую долю (%) Na 2 CO 3 и NaHCO 3 в смеси.

При титровании смеси с фенолфталеином протекает реакция

а в присутствии метилового оранжевого

Следовательно, при титровании смеси в присутствии фенолфталеина с раствором соляной кислоты взаимодействует только Na 2 CO 3 , и его массовую долю в анализируемой смеси легко определить по формуле

При подстановке численных значений получим

Из приведенных реакций следует, что объем раствора HCl , затраченный на титрование гидрокарбоната натрия, составляет V ( HCl ) м.о. – 2 V ( HCl ) ф-ф .

Подставляя численные значения, получим

Задача 5 . Для определения содержания формальдегида в пестициде навеску препарата массой 3,017 г обработали 50,00 мл 1,0 М раствора NaOH (К=0,9022) в присутствии пероксида водорода. При нагревании произошла реакция

HCHO + OH – + H 2 O 2 → HCOO – +2 H 2 O

После охлаждения избыток щелочи оттитровали 20,12 мл раствора HCl с T ( HCl )=0,03798. Вычислить массовую долю (%) формальдегида в препарате пестицида.

В соответствии с принципом, лежащим в основе обратного титрования, количество молей эквивалента определяемого вещества равно разности между количеством молей эквивалента вещества в основном и вспомогательном рабочих растворах

n (HCHO) = n(NaOH) – n(HCl)

Согласно условию задачи, выражаем число молей реагирующих веществ

;

;

.

Составим расчетное уравнение

Подставляя числовые значения, получаем

,

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: